тип цветного экрана какой лучше
Какой дисплей для смартфона лучше: AMOLED или IPS?
Разбираемся в терминологии
Разных типов матриц очень много, но актуальных технологий производства экранов для смартфонов две – LCD и OLED. Все остальные варианты — их разновидности и маркетинговые названия.
В технологии LCD (Liquid Crystal Display) используются жидкие кристаллы кремния, в OLED (Organic Light-Emitting Diode) – органические светодиоды. Первоначально и LCD- и OLED-матрицы были пассивными, но такие дисплеи быстро расходовали заряд батареи. Для решения проблемы к матрицам добавили TFT (Thin film transistor) – тонкопленочные транзисторы, которые управляют работой кристаллов или диодов. Так появились активные матрицы: IPS – на основе LCD, а AMOLED – разновидность OLED.
Из LCD-матриц в смартфонах сейчас применяются IPS и LTPS – улучшенная версия IPS с использованием низкотемпературного поликристаллического кремния. Экраны на LTPS реагируют на нажатия почти в два раза быстрее IPS и потребляют меньше энергии, но и стоят дороже.
У активных матриц AMOLED также есть несколько маркетинговых названий: Super AMOLED, Super AMOLED Plus и Dynamic AMOLED. Они незначительно отличаются точностью цветопередачи и четкостью изображения, но основаны на одной и той же технологии. А в смартфонах с изогнутым дисплеем применяется P-OLED: та же OLED-матрица, но с пластиковой подложкой, которая позволяет изгибать экран.
Samsung Galaxy Fold с изогнутым OLED-экраном
Особняком стоят экраны Retina, которые использует Apple. Однако это не отдельный тип матрицы, а наименование дисплеев с повышенной плотностью пикселей на дюйм. При этом под названием Retina могут скрываться обе технологии: до появления iPhone X это была только IPS, но сейчас флагманы Apple с Retina-дисплеем оснащены AMOLED-матрицами.
Что касается новых технологий — Mini LED, microLED, QLED, — то их массовое производство еще не налажено. В частности, Mini LED дешевле, чем OLED, но они пока появились только топовых планшетах Apple. Дисплеи с MicroLED слишком дороги для смартфонов. А QLED-матрицы пока применяются только в телевизорах, так как в маленьких экранах трудно добиться нужной плотности квантовых точек.
Экраны LCD
В LCD используется принцип поляризации света: под воздействием тока частицы в жидких кристаллах поворачиваются и пропускают световые волны с заданной осью поляризации, в результате субпиксели окрашиваются в один из основных цветов спектра (красный, зеленый, синий).
Первоначально в LCD-матрице TN+film (Twisted Nematic) применялись скрученные кристаллы, которые вращались по спирали. В более новой IPS (In-Plane Switching) кристаллы поворачиваются в одной плоскости, что обеспечивает высокое качество изображения.
Схема расположения пикселей в матрицах TN (слева) и IPS
Что касается цены, то производство и ремонт IPS-экранов обходится дешевле, чем OLED, поэтому они больше распространены.
Цветопередача и яркость
В сравнении с яркими OLED-дисплеями LCD отличаются более сдержанными цветами из-за воздушной прослойки между тачскрином и матрицей, которая снижает яркость и насыщенность. Но многим пользователям цвета LCD-экранов кажутся более натуральными, так что это вопрос предпочтений.
Схема жидкокристаллического дисплея
Черный цвет на ЖК-дисплее кажется сероватым их-за постоянной подсветки, а по краям экрана может появляться засветка. При этом белый цвет, напротив, чистый, так как при его отображении кристаллы просто пропускают весь цветовой спектр.
Угол обзора у IPS-дисплеев составляет 178º, так что изображение будет видно под острым углом. По этому показателю LCD–экраны незначительно уступают OLED (180º). Также при взгляде сбоку на IPS-панель могут немного меняться яркость и цветопередача.
Частота обновления
Частота обновления экрана – количество кадров, которое выводится на него в секунду. Чем больше этот показатель, тем более плавным будет изображение. Стандартом считается 60 Гц, но сейчас производители используют в смартфонах матрицы с частотой 90, 120 и даже 144 Гц. В целом, 60 Гц вполне достаточно для работы с приложениями и просмотра видео. Но в сравнении с экранами с поддержкой 90 Гц и выше недостаточная плавность становится заметна, например, при быстрой прокрутке страниц, не говоря уже об играх и VR.
Apple iPhone 11 с IPS-экраном
IPS-матрицы в теории могут поддерживать все перечисленные частоты, но тогда их стоимость заметно вырастет, и они потеряют свое основное конкурентное преимущество. Поэтому в реальности 120 Гц поддерживают только смартфоны с OLED-экранами – например, модели линейки Samsung Galaxy S21 и новый iPhone 13 Pro.
Быстродействие
Скорость отклика у матриц типа IPS одна из самых низких в сравнении с другими – в среднем она составляет 80-100 мс. У LTPS этот показатель лучше, но все равно ЖК-экраны проигрывают в OLED из-за воздушной прослойки между сенсором и матрицей.
Однако это не тот показатель, за который стоит сильно переживать – низкая скорость отклика LCD-экранов заметна только фанатам видеоигр, для обычной работы ее вполне достаточно.
Энергоэффективность
Матрицам LCD нужна подсветка, а значит, энергии им требуется больше, чем OLED. Так, если вы возьмете два смартфона с одинаковыми характеристиками, но разными экранами, то гаджет с IPS-дисплеем разрядится быстрее.
Экраны OLED
В дисплеях на органических светодиодах источником света являются сами субпиксели. Ток проходит через светодиоды и заставляет их светиться одним из трех цветов: красным, синим или зеленым. Таким матрицам не нужна внешняя подсветка, потому OLED-экраны тоньше, чем жидкокристаллические.
Но главная «фишка» OLED — в отсутствии воздушной прослойки между сенсорным дисплеем и матрицей. Это уменьшает время отклика, улучшает цветопередачу и увеличивает угол обзора.
Кроме того, в AMOLED — OLED с активной матрицей, — TFT-транзисторы управляют каждым субпикселем по отдельности, потому можно включать только нужную часть экрана. На этом основана технология Always-On-Display: отображение уведомлений, заряда батареи и другой важной информации на выключенном экране смартфона.
Производство OLED-матриц обходится дорого, поэтому такие экраны ставят, в основном, на флагманские смартфоны. Но технология оптимизируется: например, замена стеклянной подложки на пластиковую сделала дисплеи более доступными, и теперь она применяется не только в P-OLED устройствах с изогнутым экраном, а во всех гаджетах с OLED-матрицами.
Цветопередача и яркость
Цвета OLED-экранов очень насыщенные, поэтому они могут казаться неестественными. Для снижения яркости применяется ШИМ – широтно-импульсная модуляция, то есть включение и выключение цифрового сигнала с частотой более 60 Гц. Считается, что ШИМ незаметна для глаз, но на практике многие люди испытывают от нее усталость и головную боль.
Обычное расположение субпикселей и схема Pentile с дополнительным зеленым субпикселем
Дисплеи на базе OLED могут воспроизводить глубокий черный цвет, так как для этого они просто отключают светодиоды. Однако у них есть проблема с отображением белого цвета – он может иметь серый или желтый оттенок. Этот недостаток устраняется с помощью технологии PenTile: так, Samsung в экранах AMOLED и Super AMOLED к привычным красным, синим и зеленым субпикселям добавила два зеленых субпикселя. За счет этого также увеличивается разрешение дисплея и на треть снижается количество субпикселей.
Угол обзора OLED-экрана — 180º, так что картинка видна без искажений цвета, яркости и контрастности под любым острым углом.
Частота обновления
Гаджеты с OLED-экранами используют новые стандарты частоты обновления кадров 90 Гц и 120 Гц. Реже встречаются модели с поддержкой 144 Гц – например, игровой смартфон ASUS ROG Phone 5. Флагманские устройства также поддерживают технологию адаптивной настройки частоты обновления, благодаря которой скорость смены кадров автоматически устанавливается в зависимости от используемого приложения. Это позволяет экономить заряд батареи, так как при постоянно активных 120 или 90 Гц аккумулятор разряжается быстрее.
HUAWEI P40 Pro с OLED-экраном, поддерживающим частоту 90 Гц
Быстродействие
Время отклика OLED-дисплеев намного ниже, чем у LCD, и в среднем составляет около 15-40 мс. А у самых быстрых игровых устройств, например, у смартфона Black Shark 4, достигает 8,3 мс. Это также объясняется отсутствием воздушной прослойки и объединением тачскрина и матрицы.
Отметим, что высокая скорость реакции OLED-дисплеев пригодится в основном для мобильного гейминга – при работе с мессенджерами, серфинге и просмотре видео вы не заметите никакой разницы между быстрым и долгим откликом.
Энергоэффективность
Органическим светодиодам не требуется постоянная подсветка, а точное управление позволяет включать только нужные группы диодов. Следовательно, OLED-дисплеи более энергоэффективны. Кроме того, при включении так называемой «темной темы» на смартфоне можно значительно экономить заряд батареи: темные пиксели будут выключены и перестанут потреблять энергию. С IPS такое не сработает.
Итоги: смартфон с каким экраном выбрать
Итак, подведем итоги, обозначив достоинства и недостатки разных типов экранов у смартфонов.
Плюсы и минусы LCD
Если вы не любите мобильные игры и слишком насыщенные цвета, то нет смысла переплачивать за устройство с OLED-экраном. Современные технологии IPS и LTPS почти не отстают от AMOLED, к тому же такие матрицы доступнее по цене и долговечнее.
Плюсы и минусы OLED-экранов
Смартфон с OLED-дисплеем будет хорошим выбором для геймеров и тех пользователей, у которых нет реакции на ШИМ. OLED-матрицы более яркие, позволяют экономить заряд смартфона и обеспечивают плавную работу интерфейса за счет высокой частоты обновления кадров.
Типы экранов смартфонов: конец неразберихе
LCD, TFT, IPS, AMOLED, P-OLED, QLED — это неполный список технологий дисплеев, которые сегодня можно встретить на массовом рынке потребительской электроники. Но что они все означают? Чем IPS отличается от AMOLED, да и верно ли такое сравнение? Мы расскажем, как они работают, какие преимущества и недостатки имеют и есть ли между ними разница с точки зрения конечного пользователя.
Liquid Crystal Display, то есть жидкокристаллический дисплей — именно эта технология в конце 1990-х позволила превратить мониторы и телевизоры из удобных лежанок для котиков с вредными для человека электронно-лучевыми трубками внутри в тонкие изящные устройства. Она же открыла путь к созданию компактных гаджетов: ноутбуков, КПК, смартфонов.
Жидкие кристаллы — вещество, которое одновременно является и текучим, как жидкость, и анизотропным, как кристалл. Последнее качество означает, что при разной ориентации молекул жидких кристаллов оптические, электрические и другие свойства меняются.
Кристаллическое, жидкристаллическое, жидкое: кристаллы переходят в другое агрегатное состояние под воздействием температуры
В дисплеях такое свойство ЖК используется для регулирования светопроводимости: в зависимости от сигнала с транзистора кристаллы ориентируются определённым образом. Перед ними находится поляризатор, «собирающий» световые волны в плоскость кристаллов. После них свет проходит через RGB-фильтр и становится красным, зелёным или синим соответственно. Затем, если не блокируется передним поляризатором, проступает на экране в виде субпикселя. Несколько таких световых потоков соединяются между собой, и на дисплее мы видим пиксель ожидаемого цвета, а его сочетание с соседними пикселями способно выдавать гамму sRGB-спектра.
Когда дисплей включён, подсветка осуществляется белыми светодиодами, расположенными по периметру дисплея, и равномерно распределяется по всей площади благодаря специальной подложке. Отсюда возникают известные «болезни» LCD. Например, до пикселей, которые должны быть чёрными, свет всё равно доходит. В старых и некачественных дисплеях легко различимо «чёрное свечение».
Бывает, что кристаллы «застревают», то есть не двигаются даже при получении сигнала с транзистора, тогда на дисплее появляется «битый пиксель». Из-за специфики источника света по краям LCD-мониторов бывают видны белые засветы, а смартфоны с LCD не могут быть абсолютно безрамочными, хотя оба поколения Xiaomi Mi Mix и Essential Phone к этому стремятся.
Подсветка и подложка LCD Apple iPod Touch
Однако в спецификациях девайсов мы привыкли видеть не LCD, а загадочные TN, TFT, IPS или даже Retina. Разберёмся, что это значит.
TN, или TN+film. По факту, Twisted nematic — «базовая» технология, которая подразумевает поляризацию света и закручивание жидких кристаллов в спираль. Такие дисплеи недорогие и сравнительно просты в производстве, а на заре своего пребывания на рынке они имели самое низкое время отклика — 16 мс — но при этом характеризовались невысокой контрастностью и малыми углами обзора. Сегодня технологии сильно шагнули вперёд, и на смену стандарту TN пришёл более продвинутый IPS.
IPS (in-plane switching). В отличие от TN, жидкие кристаллы в IPS-матрице не закручиваются в спираль, а поворачиваются все вместе в одной плоскости, параллельной поверхности дисплея. Это позволило увеличить комфортные углы обзора до 178° (то есть фактически до максимума), существенно повысить контрастность изображения, сделать чёрный цвет намного более глубоким, сохранив при этом сравнительную безопасность для глаз.
Различие между матрицами TN и IPS на схеме
Наглядная разница между TN (на переднем плане) и IPS
Изначально IPS-матрицы обладали большим временем отклика и энергопотреблением, чем у дисплеев с технологией TN, поскольку для передачи сигнала требовалось повернуть весь массив кристаллов. Но со временем IPS-матрицы лишились этих недостатков, отчасти — за счёт внедрения тонкоплёночных транзисторов.
TFT LCD. По сути, это не отдельный тип матрицы, а скорее подвид, который характеризуется применением тонкоплёночных транзисторов (thin-film-transistor, TFT) в качестве полупроводника для каждого субпикселя. Размер такого транзистора составляет от 0,1 до 0,01 микрона, благодаря чему стало возможным создание небольших дисплеев с высоким разрешением. Во всех современных компактных дисплеях стоят такие транзисторы, причём не только в LCD, но и в AMOLED.
Преимущества LCD:
Недостатки LCD:
Organic light-emitting diode, или органический светодиод — грубо говоря, это полупроводник, который излучает свет в видимом спектре, если получает квант энергии. Он имеет два органических слоя, заключённых в катод и анод: при воздействии электрического тока в них происходит эмиссия и, как следствие, излучение света.
Из множества таких диодов состоит OLED-матрица. В большинстве случаев они красного, зелёного и синего цвета и вместе составляют пиксель (тонкости различного сочетания субпикселей опустим). Но дисплеи попроще могут быть монохромными и в основе иметь диоды одного цвета (например, в умных браслетах).
Однако одних «лампочек» мало — для правильного отображения информации требуется контроллер. И долгое время отсутствие адекватных контроллеров не позволяло производить светодиодные дисплеи в их сегодняшнем виде, так как корректно управлять таким массивом отдельных миниатюрных элементов крайне сложно.
PMOLED. По этой причине в первых OLED-дисплеях диоды управлялись группами. Контроллером в PMOLED служит так называемая пассивная матрица (passive matrix, PM). Она подаёт сигналы на горизонтальный и вертикальный ряд диодов, и точка их пересечения подсвечивается. За один такт можно просчитать только один пиксель, так что получить сложную картинку, да ещё и в высоком разрешении, таким образом невозможно. Из-за этого же производители ограничены и в размере дисплея: на экране с диагональю больше трёх дюймов качественного изображения не выйдет.
Раньше PMOLED-дисплеи ставились в такие MP3-плееры, сейчас они используются в тех же умных браслетах
AMOLED. Прорыв на рынке светодиодных дисплеев произошёл, когда появилась возможность использовать тонкоплёночные транзисторы и конденсаторы для управления каждым пикселем (точнее — субпикселем) в отдельности, а не группой. В такой системе, которая называется активной матрицей (active matrix, AM), один транзистор отвечает за начало и конец передачи сигнала в конденсатор, а второй — за передачу сигнала от диода на экран. Соответственно, если сигнала нет, диод не светится, и на выходе получается максимально глубокий чёрный цвет, ведь свечение отсутствует в принципе. Благодаря тому, что светятся сами диоды, лежащие практически на поверхности, углы обзора AMOLED-матрицы максимальные. Но при отклонении от оси взгляда может искажаться цвет — уходить в красный, синий или зелёный оттенок либо вовсе пойти RGB-волнами.
Такие дисплеи отличаются высокой яркостью и контрастностью картинки. Раньше это было настоящей проблемой: первые AMOLED-экраны почти всегда были «вырвиглазными», от них могли уставать и болеть глаза. В некоторых дисплеях использовалась широтно-импульсная модуляция (ШИМ) для того, чтобы тёмное изображение не «уходило» в фиолетовый оттенок, что тоже оказывалось болезненным для глаз. Из-за органического происхождения диоды порой выгорали за два-три года, особенно при длительном отображении неизменной картинки.
Пример выгорания AMOLED-дисплея
Впрочем, сегодня технологии ушли далеко вперёд, и перечисленные проблемы по большей части уже решены. AMOLED-дисплеи способны выдавать естественные цвета без сильной нагрузки на глаза, а IPS-дисплеи, напротив, подтянулись в области сочности красок и контрастности. В плане энергопотребления AMOLED-технология изначально была примерно в полтора раза более эффективна, нежели LCD, но по тестам разных устройств можно сказать, что сегодня этот показатель почти выровнялся.
Даже пять лет назад разница уже была не так высока, как в конце 2000-х
Тем не менее AMOLED бесспорно выигрывает в набирающих популярность направлениях. Речь идёт о безрамочных гаджетах, где разместить светодиоды значительно проще, чем жидкие кристаллы с боковой подсветкой, и об изогнутых (а в перспективе — гнущихся) дисплеях, для которых технология LCD непригодна в принципе. Но тут в игру вступает новый тип OLED-матриц.
P-OLED. На самом деле, есть доля лукавства в том, чтобы выделять данные дисплеи в отдельную категорию. Ведь по сути принципиальное отличие P-OLED (или POLED, не путать с PMOLED) от AMOLED одно — использование пластиковой (plastic, P) подложки, позволяющей изгибать дисплей, вместо стеклянной. Но она сложнее и дороже в производстве, чем стандартная стеклянная. К слову, AMOLED-дисплеи в силу меньшего количества «слоёв» намного тоньше LCD, а P-OLED, в свою очередь, тоньше AMOLED.
Во всех смартфонах с изогнутым дисплеем (преимущественно Samsung и LG) используется именно P-OLED. Даже во флагманах Samsung 2017 года, где, по уверению производителя, стоит сразу и Super AMOLED, и Infinity Display. Дело в том, что это маркетинговые названия, к фактическим технологиям производства не имеющие практически никакого отношения. С такой точки зрения там установлены дисплеи из органических светодиодов, которые управляются активной матрицей тонкоплёночных транзисторов и лежат на пластиковой подложке — то есть те же AMOLED, или P-OLED. К слову, в LG V30 дисплей хоть и не изгибается, а всё равно лежит на пластиковой подложке.
Преимущества OLED:
Недостатки OLED:
Маркетинговые ходы
Retina и Super Retina. В переводе с английского это слово означает «сетчатка», и Стив Джобс выбрал его неспроста. Во время презентации iPhone 4 в 2010 году он сказал, что человеческий глаз не способен различать пиксели, если показатель дисплея ppi превышает 300. Строго говоря, любой соответствующий дисплей может называться Retina, но по понятным причинам никто, кроме Apple, данный термин не использует. Дисплей будущего iPhone X был назван Super Retina, хотя в нём будет установлен AMOLED-дисплей, а не IPS, как в остальных смартфонах компании. Иными словами, к технологии изготовления экрана название также не имеет никакого отношения.
iPhone 4 — первый смартфон с дисплеем Retina 
iPhone X — первый и пока единственный смартфон с дисплеем Super Retina
Super AMOLED. Данная торговая марка принадлежит компании Samsung, которая производит дисплеи как для себя, так и для конкурентов, в том числе Apple. Изначально главное отличие Super AMOLED от просто AMOLED заключалось в том, что компания убрала воздушную прослойку между матрицей и сенсорным слоем экрана, то есть объединила их в единый элемент дисплея. В результате при отклонении от оси взгляда картинка перестала расслаиваться. Очень скоро технология добралась практически до всех смартфонов, и сегодня не совсем ясно, чем «супер» лучше «обычных» AMOLED, производимых той же компанией.
Infinity Display. Тут всё совсем просто: «бесконечный дисплей» означает всего лишь практически полное отсутствие боковых рамок и наличие минимальных рамок сверху и снизу. С другой стороны, не представлять же на презентации какой-то там обычный безрамочный смартфон — надо назвать красиво.
Перспективные технологии
Micro-LED или ILED. Эта технология является логичной альтернативой органическим светодиодам: в её основе лежат неорганические (Inorganic, I) из нитрида галлия, очень маленького размера. По оценке специалистов, micro-LED смогут посоперничать с привычными OLED по всем ключевым параметрам: более высокая контрастность, лучший запас яркости, меньшее время отклика, долговечность, меньший размер и вдвое меньшее энергопотребление. Но, увы, такие диоды очень сложны в массовом производстве, поэтому пока технология не сумеет конкурировать на рынке с привычными решениями.
Впрочем, это не помешало Sony показать на выставке CES-2012 55-дюймовый телевизор с матрицей из неорганических светодиодов. Apple же в 2014 году купила компанию LuxVue, специализирующуюся на исследованиях в данной области. И хотя в iPhone X используется классический AMOLED, в будущих моделях уже могут быть установлены матрицы с micro-LED, которые, как нас уверяют, позволят увеличить плотность пикселей до 1500 ppi.
Прототип телевизора Sony с матрицей из micro-LED под названием Crystal LED
Квантовые точки производятся в виде микроскопического порошка и затем напыляются на экран
Выводы
На практике современные дисплеи LCD и AMOLED все меньше отличаются друг от друга по качеству изображения и энергоэффективности. А вот будущее — за светодиодными технологиями в том или ином виде. Жидкие кристаллы уже отжили свой век и держатся на рынке только за счёт дешевизны и простоты производства, хотя высокое качество картинки тоже присутствует. ЖК-дисплеи благодаря своей структуре толще, чем светодиодные, и бесперспективны с точки зрения новых трендов на изогнутость и безрамочность. Так что их уход с рынка уже виднеется на горизонте, тогда как LED-технологии уверенно развиваются сразу по нескольким направлениям и, что называется, ждут своего часа.
Если вы хотите узнать, как излучение экранов влияет на зрение, прочитатйте статью «Правда или нет? Синий свет экрана вреден».